DE102006009440A1

DE102006009440A1 - Elektrische Maschine mit kunststoffummantelten Polzähnen und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE102006009440A1
Application number: DE102006009440A
Authority: DE
Inventors: Mark Freudenberg; Markus Jakobi; Josef Maidl; Michael Menhart
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2007-09-06
Also published as: WO2007099010A1; US8115347B2; US20090001822A1; JP5094740B2; JP2009528808A

Abstract

Der Herstellungsaufwand von elektrischen Maschinen mit Polzähnen, die mit Dauermagneten bestückt sind, soll vermindert werden. Hierzu ist vorgesehen, dass ein Dauermagnet zwischen zwei Polzahnhälften (1, 2) eingefügt wird. Die beiden Hälften (1, 2) werden durch eine Kunststoffummantelung (4) formschlüssig miteinander verbunden. Durch die Kunststoffummantelung (4) ergibt sich eine formstabile Tasche (3), in die der Dauermagnet nachträglich eingefügt werden kann. Somit besteht die Möglichkeit, den Dauermagneten so spät wie möglich im Fertigungsprozess einzufügen, wodurch der gesamte Herstellungsaufwand reduziert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem ersten Aktivteil, das mindestens einen Polzahn aufweist, welcher mit einem Dauermagneten bestückt ist, und einem zweiten Aktivteil, das mit dem ersten Aktivteil zur Bewegung relativ zueinander in magnetischer Wirkverbindung steht. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine. Unter dem Betriff „Aktivteil" wird hier beispielsweise ein Primärteil oder ein Sekundärteil eines Linearmotors oder aber auch ein Stator oder Rotor eines Torquemotors verstanden. Die Problematik und die Lösung der vorliegenden Erfindung werden hier jedoch vornehmlich an einem Linearmotor dargestellt.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 045 992.4 ist beispielsweise ein Synchronlinearmotor mit permanentmagnetlosem Sekundärteil bekannt. Die Permanentmagnete sind dort an dem Primärteil des Synchronlinearmotors angebracht, so dass das Sekundärteil nicht selbst zur Erzeugung eines Magnetfelds beisteuert. Der Aufbau von Linearmotoren dieser Bauform erfordert die Integration starker Dauermagnete in das Primärteil. Die Handhabung von starken Dauermagneten während der einzelnen Fertigungsstufen ist jedoch fertigungstechnisch äußerst schwierig. Zudem besteht durch schwere, stark magnetisierte Teile ein hohes Verletzungsrisiko.

Es sind Synchronlinearmotoren mit im Luftspalt angeordneten Magneten bekannt. Darüber hinaus wurden auch Synchronlinearmotoren entwickelt, bei denen die Magnete in die Polzähne des Primärteils eingebettet werden. In diesem Fall ist ein nachträgliches Magnetisieren der Magnetrohlinge nicht möglich. Es sind also fertigmagnetisierte Dauermagnete zu verwenden. Um diese Dauermagnete möglichst spät in den Fertigungsprozess zu integrieren, ist ein geänderter Schnitt der Motorbleche erforderlich. Nachteilig an derartigen Synchronlinearmotoren mit eingebetteten Dauermagneten ist jedoch, dass die Fertigung mit sehr großer Sorgfalt und hohem Aufwand erfolgen muss.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Aufbau einer elektrischen Maschine und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen von Polzähnen zu finden, mit denen es möglich ist, die Dauermagnete so spät wie möglich in den Fertigungsprozess zu integrieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem ersten Aktivteil, das mindestens einen Polzahn aufweist, welcher mit einem Dauermagneten bestückt ist, und einem zweiten Aktivteil, das mit dem ersten Aktivteil zur Bewegung relativ zueinander in magnetischer Wirkverbindung steht, wobei der Polzahn zwei Hälften aufweist, zwischen denen der Dauermagnet eingefügt ist, und die beiden Hälften durch eine Kunststoffummantelung formschlüssig miteinander verbunden sind.

Dementsprechend ist erfindungsgemäß auch vorgesehen ein Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine durch Bereitstellen von zwei Polzahnhälften, Einlegen der Polzahnhälften in ein Spritzgusswerkzeug, Ausspritzen des Spritzgusswerkzeugs mit Kunststoff derart, dass ein nach außen offener Spalt zwischen beiden Polzahnhälften bleibt und die Polzahnhälften nach Abkühlen des Kunststoffs formschlüssig durch eine Kunststoffummantelung miteinander verbunden sind, und Einfügen eines Dauermagneten in den Spalt.

In vorteilhafter Weise wird durch die spritzgegossene Kunststoffummantelung die Herstellung einer formstabilen Tasche durch Verbinden der beiden Zahnhälften möglich. Diese formstabile Tasche im Blechpaket ermöglicht das nachträgliche Einfügen eines Dauermagneten.

Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als Linearmotor ausgestaltet, wobei das erste Aktivteil ein Primärteil ist. Somit können die Vorteile der Erfindung insbesondere für die Primärteilfertigung eines Synchronlinearmotors genutzt werden.

Die Kunststoffummantelung kann abgerundete Kanten besitzen, über die direkt Wicklungsdrähte geführt sind. Damit kommt der Kunststoffummantelung die zusätzliche Funktion zu, Träger für eine Wicklung zu sein.

Darüber hinaus ist es günstig, wenn an die Kunststoffummantelung mindestens ein Formelement zum Koppeln an eine andere Kunststoffummantelung angegossen ist. Ein derartiges Formelement kann ein Zapfen, ein Klips bzw. ein Schnappelement oder ein Hinterschnitt sein. Durch die Aneinanderkopplung kann ein stabiler Verbund mehrerer Polzähne in Reihe oder eines Polzahnfelds realisiert werden.

Darüber hinaus kann es von besonderem Vorteil sein, wenn die Kunststoffummantelungen mehrerer Polzähne einteilig miteinander verbunden sind, so dass ein Zahnmodul entsteht. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise mehrere Polzähne längs und/oder quer zur Verfahrrichtung bzw. Paketierrichtung miteinander fest koppeln. Auf diese Weise können ganze Polzahnfelder bzw. -module hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Polzahn mit erfindungsgemäßer Kunststoffummantelung und
2 ein Polzahnmodul mit mehreren Polzähnen entsprechend 1.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Der in 1 wiedergegebene Polzahn eines Synchronlinearmotors besteht im Wesentlichen aus zwei Hälften 1 und 2, die jeweils geblecht bzw. paketiert ausgeführt sind. Beide Zahnhälften sind zumindest an der Polzahnstirnfläche durch einen Spalt 3 voneinander getrennt. Eine Kunststoffummantelung 4, die vorzugsweise durch Spritzguss hergestellt ist, verbindet die beiden Zahnhälften 1 und 2 formschlüssig. Gleichzeitig können die beiden Zahnhälften durch die Kunststoffummantelung auch im gewünschten Abstand gehalten werden, so dass der Spalt 3 gewährleistet ist. In diesem Spalt 3, der auch als Tasche bezeichnet werden kann, lässt sich dann ein Dauermagnet einfügen.
In dem taillierten Bereich 5 des Polzahns kann eine elektrische Spule aufgewickelt werden. Um Beschädigungen des Wickeldrahts zu vermeiden, sind die Kanten 6 der Kunststoffummantelung 4 abgerundet. Somit dient die Kunststoffummantelung nicht nur zum Verbinden der Polzahnhälften, sondern auch als Wicklungsträger. Die Kunststoffummantelung 4 besitzt also auch die Funktion der Nutisolation. Eine weitere Funktion der Kunststoffummantelung 4 besteht in dem Kantenschutz der Polzähne. Dabei werden nicht nur die Kanten der Polzähne vor Beschädigungen geschützt, sondern auch ein Schutz dagegen geboten, bei der Berührung der an sich sehr schafkantigen Polzahnblechpakete nicht verletzt zu werden.
Die Kunststoffummantelung 4 nimmt unter anderem die Kräfte auf, die beim Wickeln der Polzahnspule entstehen. Gegebenenfalls können Stege zwischen den Zahnhälften eingespritzt werden, die die Stabilität des Polzahns erhöhen und die gewünschte Tasche bzw. den gewünschten Spalt 3 aufrechterhalten.
Für die Herstellung werden die beiden Polzahnhälften 1 und 2 in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt. Beim Ausspritzen der Spritzform wird der Spalt 3 freigehalten. Nach dem Abkühlen des Kunststoffmantels 4 sind die beiden Polzahnhälften 1 und 2 durch die Kunststoffummantelung 4 formschlüssig miteinander verbunden. Anschließend kann ein Dauermagnet in den Spalt 3 eingefügt werden. Vor dem Einfügen des Dauermagneten lässt sich der Polzahn noch mühelos im/am Primärteil bzw. an einem Maschinenteil montieren.
Die Kunststoffummantelung weist an einer Seitenfläche des Polzahns Zapfen 7 und Bohrungen 8 auf. Diese dienen zum Zusammenfügen mehrerer Polzähne in Reihe, wie dies in 2 angedeutet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Polzähne 10, 11 und 12 quer zur Verfahrrichtung des Primärteils, d. h. in Paketierrichtung der Polzähne, in Reihe geschaltet. In der Darstellung von 2 sind sie noch getrennt wiedergegeben. Sie lassen sich jedoch durch Ineinanderfügen der Zapfen 7 in entsprechende Bohrungen 8 aneinander stecken. Durch das Aneinanderfügen entsteht ein Polzahnmodul, das als ganzes Stück weiterverarbeitet bzw. montiert werden kann.
Zum Aneinanderfügen der Polzähne 10, 11 und 12 können auch andere Kunststoffformelemente als die Zapfen 7 und Bohrungen 8 verwendet werden. Beispielsweise können Schnappelemente, Klipse oder andere formschlüssige Elemente sowie Hinterschnitte an den Kunststoffummantelungen angeformt werden, die dann mit entsprechenden Gegenstücken an dem anderen Polzahn zusammenwirken.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine besteht darin, dass mehrere Polzähne bzw. Polzahnpakete, wie sie in 2 dargestellt sind, mit einer gemeinsamen, einteiligen Kunststoffummantelung umgeben werden. Die Zwischenwände zwischen den einzelnen Blechpaketen können nach Bedarf platziert werden. Bei der Herstellung der Zahnmodule werden entsprechend viele Zahnhälften in das Spritzgusswerkzeug eingesetzt. Auf diese Weise entsteht ein kompakter Zahn bzw. ein kompaktes Zahnmodul mit Taschen für die nachträgliche Montage der Dauermagnete.
Die Kunststoffummantelung mit Hilfe einer Spritzgussform hat einen weiteren Vorteil. Die Blechpakete eines Polzahns bzw. eines Polzahnteils können nämlich Längenabweichungen in Paketierrichtung aufweisen, die im Rahmen der üblichen Fertigungstoleranzen liegen. Diese Abweichungen lassen sich zum Teil durch die Kunststoffummantelung ausgleichen. Die Kunststoffummantelungen können dann geringere Maßtoleranzen aufweisen.
In vorteilhafter Weise ist durch die Erfindung die Möglichkeit gegeben, in einem Blechpaket eine formstabile Tasche auszubilden. Hierdurch ist man in der Lage, die Mehrzahl der Fertigungsschritte einer elektrischen Maschine bzw. eines Primärteils der elektrischen Maschine auszuführen, ohne die Magnete bzw. den Magneten bereits in das Blechpaket des Primärteils integriert zu haben. Folglich lässt sich der gesamte Herstellungsaufwand reduzieren.

Claims

Elektrische Maschine mit – einem ersten Aktivteil, das mindestens einen Polzahn aufweist, welcher mit einem Dauermagneten bestückt ist, und – einem zweiten Aktivteil, das mit dem ersten Aktivteil zur Bewegung relativ zueinander in magnetischer Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass – der Polzahn zwei Hälften (1, 2) aufweist, zwischen denen der Dauermagnet eingefügt ist und – die beiden Hälften (1, 2) durch eine Kunststoffummantelung (4) formschlüssig miteinander verbunden sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die als Linearmotor ausgestaltet ist, wobei das erste Aktivteil ein Primärteil ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kunststoffummantelung (4) abgerundete Kanten (6) besitzt, über die direkt Wicklungsdrähte geführt sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an die Kunststoffummantelung (4) mindestens ein Formelement (7, 8) zum Koppeln an eine andere Kunststoffummantelung angegossen ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei das Formelement (7, 8) ein Zapfen, ein Schnappelement oder ein Hinterschnitt ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Kunststoffummantelungen mehrerer Polzähne (10, 11, 12) einteilig miteinander verbunden sind, so dass ein Zahnmodul entsteht.
Verfahren zum Herstellen eines Polzahns einer elektrischen Maschine gekennzeichnet durch, – Bereitstellen von zwei Polzahnhälften (1, 2), – Einlegen der Polzahnhälften (1, 2) in ein Spritzgusswerkzeug, – Ausspritzen des Spritzgusswerkzeugs mit Kunststoff derart, dass ein nach außen offener Spalt (3) zwischen beiden Polzahnhälften (1, 2) bleibt und die Polzahnhälften (1, 2) nach Abkühlen des Kunststoffs formschlüssig durch eine Kunststoffummantelung (4) miteinander verbunden sind, und – Einfügen eines Dauermagneten in den Spalt (3).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Kunststoffummantelung (4) mit abgerundeten Kanten (6) ausgeführt wird und Wicklungsdrähte direkt über diese Kanten geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei an die Kunststoffummantelung (4) mindestens ein Formelement (7, 8) angegossen wird und zwei derartige Kunststoffummantelungen durch das Formelement aneinander gekoppelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Kunststoffummantelungen mehrerer Polzähne (10, 11, 12) einteilig gegossen werden, so dass ein Zahnmodul entsteht.